鞍鋼提高轉爐廢鋼比的生產實踐

李偉東，何海龍，李冰，李泊，王國慶，張立宏

（1.鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠，遼寧 鞍山 114021；2.鞍鋼實業集團有限公司，遼寧 鞍山114021）

隨著國內外高品位鐵礦資源和優質焦煤資源的大量消耗及節能減排壓力的日益加大，高爐鐵水的生產成本預計會逐步升高；另外，隨著非高爐煉鐵技術的逐漸成熟和生產效率的提高，直接還原鐵、熱壓塊等廢鋼替代品的供應量將會逐漸增多；同時，近年來中國鋼產量增長迅猛，社會廢鋼存儲量日漸增多[1]。而在中國，轉爐鋼產量占85%以上，這些因素綜合起來使得提高轉爐廢鋼比已經勢在必行，將成為一段時期內我國煉鋼發展的必然趨勢。為此，鞍鋼近年來在提高轉爐廢鋼比方面做出了諸多嘗試，力爭在廢鋼比控制上實現突破，以適應鐵礦和廢鋼價格的頻繁變化，并為鞍鋼未來發展做好技術儲備。

1 提高廢鋼比的意義

1.1 釋放轉爐煉鋼產能

鞍鋼本部煉鋼區域整合成煉鋼總廠后，高爐和轉爐工序的銜接進一步得到優化，鐵水調配更趨合理，轉爐產能得到進一步釋放。但隨之而來，鐵水階段性不足逐漸成為釋放轉爐產能的限制環節。只有進一步提高廢鋼比，才能打破轉爐產能提升的“瓶頸”，釋放轉爐煉鋼產能。

1.2 節能減排

轉爐煉鋼的主要鐵料來源于礦石、廢鋼，前者是自然資源，后者是回收的再生資源，因此煉鋼廠應少用鐵水，多用廢鋼。研究表明，提高廢鋼比，鐵礦石消耗、能源消耗顯著降低，轉爐冶煉產生的粉塵、硫化物、氮化物、CO2排放也顯著減少。使用廢鋼煉鋼，既有利于保護資源，又有利于節約能源，保護環境[2-3]。

1.3 降本增效

隨著我國經濟的快速發展，廢鋼資源越來越豐富，廢鋼價格有較大的下降空間。廢鋼結構和價格是影響廢鋼比的重要因素，當廢鋼價格低于鐵水成本時，加上提高廢鋼比帶來顯著的節能減排效果，提高廢鋼比能進一步降低轉爐冶煉成本。目前，廢鋼價格波動較大，如果高于鐵水成本，雖然隨廢鋼比的提高，轉爐工序成本會增加，而且如果增加LF爐溫度補償會導致LF爐升溫成本隨之增加，結果整個煉鋼工序的成本增加。但是，由于提高廢鋼比能夠增加煉鋼產能，因此在煉鋼廠連鑄產能、軋鋼廠產能不足的情況下，提高廢鋼比也就相應的提高鋼材產量，增加利潤。此時就需要一個最佳的廢鋼比來保證鋼材利潤的實現。如果提高廢鋼比增加的成本低于鋼材利潤時，一定范圍內提高廢鋼比，從全工序考慮仍是可行的。

從鞍鋼全工序產能看，轉爐產能不足是各產線普遍的限制環節，當鋼材市場利潤高時提高廢鋼比有較大的空間。

2 提高廢鋼比的措施

鞍鋼煉鋼總廠提高廢鋼比遵循了以下原則：一是保證生產組織順行，連鑄機高速、恒速澆注，因此LF爐溫度補償額度控制在合理的范圍；二是轉爐操作需碳溫協調，嚴禁過氧化，保證鋼水質量穩定；三是煉鋼工序成本控制在公司整體預算范圍，保證全工序盈利。按照該原則，鞍鋼從鐵-鋼能源流著手，以降低各工序溫度損失為核心，精細管理、優化工藝、加強過程溫度管控，為轉爐提高廢鋼比創造條件。

2.1 提高入轉爐鐵水溫度

近年來，鞍鋼注重公司內部碳素流即能源流的控制，重點之一是提高入爐鐵水溫度。鑒于老廠改造影響，鞍鋼煉鐵廠、煉鋼總廠的平面布置和生產組織的網絡設計不合理，導致鐵水運輸線長，鐵水運輸時間長，溫降大，空罐周期長。為此，開發了“高爐-轉爐界面優化專有技術”，該技術的核心是改進鐵水運輸，主要從鐵水運輸、鐵水一罐制、鐵水罐保溫等方面進行優化。具體包括：優化配罐罐型、罐數，實行分次調鐵、減罐位，杜絕了空罐運行；優化煉鐵出鐵工藝，減少小頭鐵，保證滿罐率；煉鋼配合煉鐵處理鐵水罐罐沿、罐口粘渣，維護好罐態，滿足脫硫要求；加強鐵水罐保溫工作，優化煉鐵保溫劑的加入，鐵水罐運輸過程加蓋保溫。

2.2 轉爐少渣冶煉

降低冷卻系數較大的石灰石、白云石、菱鎂石的使用量，根據產線和鋼種特點，個別產線或爐次取消使用此類熔劑。其次是優化鎂質熔劑，采用冷卻系數較小的輕燒鎂球造渣，形成以石灰、輕燒鎂球為造渣主原料，菱鎂石為副原料的渣料結構，最大限度地降低了熔劑的降溫效率。同時優化轉爐留渣操作工藝，出鋼結束后倒出一部分爐渣，然后連續留渣，減少入爐熔劑消耗和轉爐冶煉總渣量。

2.3 應用大出鋼口

轉爐使用大出鋼口能夠縮短出鋼時間，從而減少出鋼口通鋼時間，顯著降低出鋼過程鋼水溫降。隨著鞍鋼轉爐下渣檢測配合擋渣塞擋渣技術的不斷完善，轉爐出鋼下渣的控制能力得到提高，轉爐幾乎可實現零下渣，為大出鋼口的應用提供了保障。同時，優化了出鋼前后的擋渣工藝，對下渣檢測的靈敏度進行了調整，保證擋渣效果。

2.4 優化生產組織

首先以提高鋼包的熱周轉率為前提，逐步優化鋼包整備工藝，縮短整備時間，減少周轉罐數量。同時鋼包實施全程加蓋，帶蓋整備，減少空包散熱。其次是完善煉鋼MES系統工序列車時刻表，實現鋼包周轉的動態管理，提高鋼包運行準點率，從而根據實際產能靈活調整周轉罐數量。進一步壓縮各工序的生產組織時間，以降低鋼水罐運輸時間為重點，縮短出鋼結束至開澆時間，從而減少鋼水運輸過程溫降。

2.5 動態調整LF爐溫度補償

為最大限度提高轉爐廢鋼比，在保證LF爐處理時間在標準范圍內，連鑄恒速澆注前提下，將少部分轉爐提溫任務轉移到LF爐進行。根據實際生產組織節奏，動態調整LF爐的升溫幅度，從而降低轉爐出鋼溫度。采取措施提高LF爐升溫效果，LF爐部分渣料前移到轉爐加入，縮短化渣時間；根據不同產線鋼種特點選用電石、焦炭、螢石、鋁礬土等化渣劑，快速形成堿度適宜、流動性良好的泡沫渣；采用中-長弧結合的變弧加熱工藝提高升溫速率。

2.6 優化連鑄工藝降低中間包過熱度

中間包實施低過熱度澆注可降低系統溫度，從而降低轉爐出鋼溫度，提高廢鋼比。而廢鋼比的提高，轉爐產能的釋放，為連鑄機高速恒速澆注創造了條件，各類型連鑄機的作業率顯著提高，單罐澆注時間進一步縮短，保證了連鑄中間包溫度的穩定性,同時鋼包熱周轉率的提高，穩定了鋼包溫降，鋼包澆注過程的溫降也得到有效控制。這些又為中間包低過熱度澆注提供了保障。為保證低過熱度澆注的安全性，在中間包頂渣上實施覆蓋劑加碳化稻殼的雙層保溫工藝，減少中間包鋼水散熱。中間包澆注過程鋼水溫度波動可控制在±5℃范圍內。實施上述措施后，中間包鋼水溫度控制穩定，根據鋼種將中間包目標過熱度下調了5～15℃。同時通過生產組織的優化，可準確控制連鑄中包溫度，大幅度減少了中間包溫度高的比率，從而進一步降低轉爐出鋼溫度，提高廢鋼比。

2.7 增加廢鋼單槽重量

采取相關措施后，提高了鐵水入爐溫度，降低了轉爐出鋼溫度，保證了轉爐足夠的熱量用于提高廢鋼比。隨著廢鋼比的提高，廢鋼槽重成了影響廢鋼比的一個“瓶頸”。原因有二，一是廢鋼比提高后，以輕型廢鋼為主的外購廢鋼比率增加，該類型廢鋼體積大重量輕，影響廢鋼槽重，而兩槽廢鋼比率過高，影響爐前吊車作業，增加了轉爐輔助時間；二是廢鋼比提高幅度過大，已經超過了廢鋼槽的設計容積。為此，改造廢鋼槽，加高100～200 mm，并對廢鋼結構進行了優化，以重型、輕型、打包塊為主，并采用廢鋼打碎料、生鐵塊等小粒度廢鋼調整槽重。采取措施后，各生產線廢鋼單槽重量提高了 2～5 t。

3 生產實踐效果

采取上述措施后，取得了如下效果：

（1）鐵水出鐵結束至進鋼廠的運輸時間降低了近20 min，鐵水一罐制比率達到了90%以上，入轉爐鐵水溫度由1 300℃提高到1 330℃；

（2）轉爐入爐總渣量減少12 kg/t，轉爐冶煉終點拉碳時間縮短20 s，濺渣時間縮短30 s。鋼包日周轉頻次提高了0.96次，出鋼結束至開澆時間縮短了近9.8 min，鋼包傳擱溫降速率降低了0.14℃/min；

（3）優化后各噸位轉爐出鋼口直徑相繼擴大了 10～25 mm，出鋼時間縮短了 1～3 min，出鋼溫降減少了10～15℃。改進前后260 t轉爐產線鋼包渣厚的均值由80 mm降至78 mm，出鋼口擴徑前后鋼包渣厚情況見表1所示。由表1看出，小于60 mm的比率雖然降低了0.5%，但61～70 mm的比率提高了12.2%，而且60～80 mm所占比率增加了0.6%。總體看鋼包渣厚沒有顯著的變化。

表1 出鋼口擴徑前后鋼包渣厚情況 mm

（4）LF爐升溫時間雖然增加了 2～5 min，但連鑄拉速未受影響，中間包過熱度降低了5～15℃。

統計了2015年～2018年上半年廢鋼單耗趨勢見圖1。由圖1看出，轉爐廢鋼比逐年提高，2018年上半年超過160 kg/t鋼。按月份統計，實際廢鋼單耗最高月份達到了182.77 kg/t鋼。

圖1 廢鋼單耗趨勢圖

廢鋼比提高后，轉爐煉鋼產能得到釋放，蒸汽和煤氣回收增加，精煉、連鑄能耗相應降低。轉爐產能利用率由原來的80%提高到86%，噸鋼綜合能耗降低了0.88 kg標煤，能源成本降低了近4元/t鋼。單從煉鋼工序內部核算，產能提高帶來的能源、輔材、制造費用的降低完全能夠抵消廢鋼和鐵水差價帶來的成本增加，不但降低了煉鋼工序成本，同時提高了全工序的利潤。

4 結語

為了提高轉爐廢鋼比，釋放轉爐煉鋼產能,實現節能減排，達到降本增效的目的，鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠開發了“高爐-轉爐界面優化專有技術”提高鐵水入爐溫度，實施轉爐少渣冶煉減少熔劑降溫、應用了大出鋼口降低出鋼溫降、優化了生產組織減少鋼包溫降、動態調整LF爐溫度補償穩定生產節奏，此外，還優化了廢鋼結構、對廢鋼槽進行加高改造，滿足了廢鋼槽重的要求。采取上述措施后，轉爐廢鋼比逐年提高，最高月份達到182.77 kg/t鋼。轉爐產能利用率由原來的80%提高到86%，噸鋼綜合能耗降低了0.88 kg標煤，能源成本降低了近4元/t鋼。

目前，可根據鐵水資源動態調整廢鋼比，具備了較強的廢鋼比調節能力，可最大限度釋放煉鋼產能。鞍鋼正在研發廢鋼預熱技術、以焦丁和煤作為提溫劑的轉爐提溫技術。此外，LF爐溫度補償仍有提升空間，最終鞍鋼廢鋼比單耗有望超過200 kg/t鋼。